專利名稱：一種翅片管及翅片管外取熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱交換技術(shù)領(lǐng)域的一種翅片管，以及一種翅片管外取熱器。
背景技術(shù)：
在一類催化轉(zhuǎn)化工業(yè)裝置中，催化劑在反應器和再生器之間循環(huán)；失活的 催化劑在再生器中燒焦再生，再生后的催化劑循環(huán)回反應器。典型的如重油流 化催化裂化裝置。催化劑在再生器中的燒焦反應要放出大量的熱，當該熱量超 過了催化反應所需要的熱量時，就需要設置外取熱器來吸收這部分過量的熱量， 保證工藝操作的平穩(wěn)進行。同時，外取熱器也利用這部分過剩熱量發(fā)生蒸汽， 成為催化轉(zhuǎn)化裝置中的一項重要節(jié)能措施。外取熱器由于取熱量大、操作靈便， 在工業(yè)上的應用十分廣泛。
現(xiàn)有的外取熱器有多種型式，翅片管外取熱器是其中的一種類型。國內(nèi)一 些煉油廠使用的一種翅片管外取熱器，包括一個垂直設置的圓筒形殼體，殼體 內(nèi)垂直設置有多根套管式翅片傳熱管。每一根套管式翅片傳熱管為封閉式結(jié)構(gòu)， 主要由給水管和繞給水管的外表面設置的蒸汽套管組成。每根套管式翅片傳熱 管是一個獨立的傳熱元件，構(gòu)成一個具有獨立的7jC—汽回路的傳熱單元。蒸汽 套管分為翅片管段和光管段，翅片管段基管的外表面密布著縱向設置的長翅片。 各翅片與基管外表面相垂直，長度均為1000毫米，或更長，采用錯開、分段的 布置型式。各翅片長度的中點處均設有膨脹縫，膨脹縫的底部為U形槽。這種套 管式翅片傳熱管以及采用這種套管式翅片傳熱管的翅片管外取熱器的優(yōu)點是， 一個單元的套管式翅片傳熱管出了問題，不影響整臺外取熱器的使用；長翅片 的型式還能夠保證外取熱器在工作時具有足夠的取熱面積。這種翅片管外取熱 器在催化劑處于稀相流化床時，使用效果很好，但在催化劑處于密相流化床時， 翅片之間的密相催化劑不易流化，容易形成"死夾層"，嚴重削弱了傳熱效果。 由于翅片過長，而且在工作狀況下蒸汽套管翅片管段的翅片與基管之間存在著 較大的溫差，致使翅片中膨脹縫的底部以及翅片的兩端產(chǎn)生許多小裂紋；這些 裂紋的不斷擴展將嚴重威脅到外取熱器的使用安全。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種翅片管及翅片管外取熱器，以解決現(xiàn)有套管 式翅片傳熱管采用縱向長翅片的翅片管外取熱器用于催化轉(zhuǎn)化裝置時所存在的 翅片之間的密相催化劑不易流化、翅片產(chǎn)生小裂紋并不斷擴展的問題。
為解決上述問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種翅片管，由基管和設于基管外表面上、與基管的外表面相垂直并縱向 設置的翅片組成，其特征在于翅片的下部為翅基，上部設有2個分翅片，2個 分翅片與翅基的上表面構(gòu)成凹槽，翅片的長度為150 300亳米，在基管的外表 面上為雙頭螺旋線對錯布置的型式。
一種翅片管外取熱器，包括一個垂直設置的圓筒形殼體，殼體內(nèi)垂直設置 有至少一根套管式翅片傳熱管，每一根套管式翅片傳熱管為封閉式結(jié)構(gòu)，由給 水管和繞給水管的外表面設置的蒸汽套管組成，構(gòu)成一個具有獨立的水一汽回 路的傳熱單元，蒸汽套管分為翅片管段和光管段，其特征在于蒸汽套管的翅
片管段為上述結(jié)構(gòu)的翅片管。
本實用新型翅片管，主要是針對現(xiàn)有翅片管外取熱器套管式翅片傳熱管的
蒸汽套管的翅片管段采用縱向長翅片翅片管存在的缺陷而對其進行了改進；而 本實用新型翅片管外取熱器的主要特點是其套管式翅片傳熱管的蒸汽套管的翅 片管段采用了本實用新型的翅片管。所以，上述兩種技術(shù)方案具有相同的特定 技術(shù)特征。
采用本實用新型的翅片管以及翅片管外取熱器，具有如下的有益效果(1) 催化轉(zhuǎn)化(例如重油流化催化裂化)裝置的外取熱器主要是用來發(fā)生飽和蒸汽， 所使用的套管式翅片傳熱管(簡稱為傳熱管)內(nèi)側(cè)的傳熱系數(shù)要比外側(cè)大得多， 傳熱管的熱阻主要來自于外側(cè)，即催化劑對傳熱管管壁的放熱。傳熱管蒸汽套 管的翅片管段采用本實用新型的翅片管，由于翅片為長度較短的不連續(xù)的短翅 片，采用雙頭螺旋線對錯布置的型式，能使催化劑在流動時產(chǎn)生局部紊流，強 化傳熱效果；即使在催化劑處于密相流化床時，也能使催化劑很好地流化，消 除現(xiàn)有長翅片之間所產(chǎn)生的催化劑"死夾層"。翅片上部設有2個分翅片及凹槽， 能增加翅片與催化劑的接觸面積，因而可增加傳熱管外側(cè)的傳熱面積；在相同 取熱量下，可以使傳熱管變得更短。這意味著可以減少外取熱器的高度并節(jié)約 投資?？傊?，本實用新型的翅片結(jié)構(gòu)與布置方式，在傳熱性能方面要優(yōu)于現(xiàn)有 的長翅片。這在一定程度上能強化外取熱器的取熱效果，使外取熱器具備更髙 的傳熱效率；(2)本實用新型由于翅片較短，使翅片的膨脹量較小。翅片采用雙 頭螺旋線對錯布置的型式，可以有效地降低翅片與基管之間的溫差及溫差應力， 降低翅片與基管焊接部位的環(huán)、縱向應力集中水平。翅片上部的分翅片和凹槽 結(jié)構(gòu)，使翅片在高度方向上受熱較為均勻、不同髙度處的溫差較小，可有效地 降低翅片在高度方向上的溫差應力。由于上述因素，使本實用新型的翅片在各 處都不易產(chǎn)生裂紋。翅片不設膨脹縫，因而不存在膨脹縫底部產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象; (3)傳熱管蒸汽套管的翅片管段采用本實用新型翅片管的翅片結(jié)構(gòu)和布置型式，對傳熱管周圍的催化劑能夠起到導流作用，可以避免傳熱管迎催化劑面和背催
化劑面受熱不均的問題；(4)采用本實用新型翅片管的傳熱管，每根傳熱管是一 個獨立的傳熱元件，可以適應不同取熱量的要求，對于整個外取熱器而言也更 加安全。并且傳熱管的剛度較大，高溫下不易變形，具有較好的耐磨損性和可 靠性。采用這種傳熱管，使外取熱器也具備了良好的安全性和可靠性，進而可 以保證裝置的長周期運轉(zhuǎn)、避免非計劃停工，并相應地提高取熱量，增加經(jīng)濟
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖和具體實施方式
并不限制本實用新型要求保護的范圍。

圖l是本實用新型翅片管的橫截面示意圖。
圖2是本實用新型翅片管的翅片以雙頭螺旋線對錯方式布置的示意圖。 圖3是圖1中的I部放大圖。
圖4是本實用新型翅片管的翅片沿長度方向的剖視圖。 圖5是圖4所示翅片的俯視圖。
圖6是采用本實用新型翅片管的套管式翅片傳熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是本實用新型翅片管外取熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

參見圖l、圖2和圖3，本實用新型的翅片管，由基管10和設于基管10外表面 上、與基管10的外表面相垂直并縱向設置的翅片11組成。翅片11焊接于基管10 的外表面上。翅片ll縱向設置，是指其長度方向沿基管10軸心線的方向設置。 翅片ll的下部為翅基lll,上部設有2個分翅片112, 2個分翅片112與翅基111的 上表面構(gòu)成凹槽113。凹槽113的橫截面形狀一般為倒置等腰梯形，如圖l、圖3 所示；翅片ll的橫截面形狀大致呈"Y"形。參見圖4、圖5，翅片11的長度L為 150 300毫米。參見圖3以及圖4、圖5，翅片ll其它的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)一般如下 翅片11的高度H為20 26亳米，翅基111的厚度T為6 8亳米，凹槽113的髙度h為 翅片11高度H的1/2 2/3，底部寬度s為2 3毫米，2個分翅片112之間的夾角a 為10 15度。每個分翅片112的厚度t為(T一s)/2。
附圖所示翅片ll的制造步驟簡述如下(l)選取橫截面為長方形的金屬工 件，工件的長度為L，高度為H，厚度為T; (2)在工件上部加工出橫截面為長方 形的凹槽，凹槽的寬度為s，高度按h以及下述第(3)步驟中的傾斜角度l/2a選 取；(3)擠壓凹槽兩側(cè)的金屬板使之向外側(cè)傾斜，傾斜角度為l/2a，即形成翅 片11的2個分翅片112和橫截面形狀為倒置等腰梯形的凹槽113，并制成翅片。參見圖2，翅片11在基管10的外表面上為雙頭螺旋線對錯布置的型式。圖2 中，分別用A、 B表示呈兩條螺旋線對錯布置的兩組翅片；圖2中未示出兩條螺旋 線。翅片ll的對錯布置，是指一條螺旋線上的各翅片對應于另一條螺旋線上與 其相鄰的兩個相鄰翅片中間的位置布置。螺旋線的螺旋角^ (指螺旋線上任意一 點的切線與基管10軸心線之間的夾角)一般為60 75度，兩條螺旋線上相鄰兩組 翅片的節(jié)距n—般為20 40毫米。參見圖l，每條螺旋線上相鄰兩個翅片ll之間 的距離m—般為15 20毫米；該距離為一條螺旋線上相鄰兩個翅片相對的兩個側(cè) 面在基管10外表面上的翅片根部之間的圓弧長度。
本實用新型翅片管上翅片ll的個數(shù)，按傳熱需要進行計算。翅片管采用常 用的材料和方法進行制造。
參見圖6所示采用上述本實用新型翅片管的套管式翅片傳熱管。套管式翅片 傳熱管5由給水管1和繞給水管1的外表面設置的蒸汽套管4組成，給水管l的外表 面與蒸汽套管4的內(nèi)表面之間形成供水一汽流動的環(huán)形空間。給水管l為光管； 蒸汽套管4分為翅片管段和光管段兩個管段，其中的翅片管段為上述本實用新型 的翅片管。如圖6所示，套管式翅片傳熱管的給水管1的頂部設有入水口101，給 水管1的底部設有出水口102，出水口102位于蒸汽套管4之內(nèi)的下部。蒸汽套管4 的上部設有飽和蒸汽出口12，蒸汽套管4的頂部與給水管1的外壁之間為封閉式 結(jié)構(gòu)。蒸汽套管4的底部設有限位管13。使用過程中，水由給水管l頂部的入水 口101通入給水管1并在給水管1內(nèi)向下流動，再由給水管1底部的出水口102流 出，進入給水管1的外表面與蒸汽套管4的內(nèi)表面之間的環(huán)形空間向上流動，并 吸取放熱介質(zhì)(例如高溫催化劑)放出的熱量；生成的飽和蒸汽由蒸汽套管4上部 的飽和蒸汽出口12流出。由以上說明可知，圖6所示的套管式翅片傳熱管5為封 閉式結(jié)構(gòu)，其自身構(gòu)成一個具有獨立的7JC—汽回路的傳熱單元。圖6所示的套管 式翅片傳熱管5主要是其蒸汽套管4的翅片管段采用了本實用新型的翅片管，其
余的結(jié)構(gòu)和使用過程與現(xiàn)有的翅片管段采用縱向長翅片翅片管的套管式翅片傳 熱管基本相同。
圖7所示，是本實用新型的翅片管外取熱器(簡稱為外取熱器)。它包括一個 垂直設置的圓筒形殼體202，殼體202的頂部設有封頭201。殼體202內(nèi)垂直設置 有多根套管式翅片傳熱管5，套管式翅片傳熱管5的下方設有導向支架6。套管式 翅片傳熱管5采用如圖6所示的型式，參見圖6以及相關(guān)的文字說明。套管式翅片 傳熱管5至少設置一根。每根套管式翅片傳熱管5的一端固定在封頭201上，另一 端將限位管13插入導向支架6的限位孔內(nèi)，由導向支架6限位，可自由伸縮。殼 體202上設有催化劑進口管8、催化劑出口管9和脫氣口3，殼體202內(nèi)的下部、導向支架6的下方設有流化風分布器7。殼體202和封頭201的內(nèi)壁有耐高溫的隔熱 耐磨襯里。如圖7所示，每根套管式翅片傳熱管5的蒸汽套管，在催化劑進口管8 的下方為翅片管段，在催化劑進口管8的上方為光管段。
圖7所示的外取熱器用作重油流化催化裂化裝置(簡稱催化裂化裝置)外取 熱器的操作過程如下從催化裂化裝置再生器來的髙溫催化劑從催化劑進口管8 進入外取熱器，在外取熱器內(nèi)形成一段密相催化劑床層。流化風(空氣)通過流 化風分布器7進入催化劑床層，使催化劑處于流化狀態(tài)，以增強高溫催化劑對套 管式翅片傳熱管5的放熱作用。放熱冷卻后的催化劑通過催化劑出口管9排入催 化裂化裝置再生器，從而完成催化劑在外取熱器中的冷卻循環(huán)過程。流化催化 劑中所夾帶的煙氣經(jīng)脫氣口3排回再生器中。由每根套管式翅片傳熱管5給水管1 頂部的入水口通入水，水在套管式翅片傳熱管5內(nèi)流動，并吸取高溫催化劑放出 的熱量而生成飽和蒸汽；飽和蒸汽由蒸汽套管上部的飽和蒸汽出口12流出。在 上述的操作過程中，每根套管式翅片傳熱管5各自構(gòu)成一個具有獨立的水一汽回 路的傳熱單元。高溫催化劑從催化裂化裝置再生器帶出的過剩熱量，就這樣通 過套管式翅片傳熱管5產(chǎn)生的飽和蒸汽被不斷地取走。上述套管式翅片傳熱管5 的詳細結(jié)構(gòu)和工作過程，參見對圖6的說明。圖7所示的外取熱器，主要是采用 了如圖6所示的套管式翅片傳熱管5，而該套管式翅片傳熱管5的蒸汽套管4的翅 片管段采用的是本實用新型的翅片管。圖7所示外取熱器其余的結(jié)構(gòu)和用于催化 裂化裝置的取熱操作過程，與現(xiàn)有的設置套管式翅片傳熱管(其蒸汽套管的翅片 管段采用縱向長翅片翅片管)的翅片管外取熱器基本相同。
以上結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行了詳細的說明。本實用新 型圖1至圖7中，相同附圖標記表示相同的技術(shù)特征。圖6和圖7中，未注明附圖 標記的箭頭表示水、飽和蒸汽、流化風、煙氣或催化劑的流動方向。
本實用新型的外取熱器，主要用于石油加工行業(yè)的重油流化催化裂化裝置， 以及與其工藝過程類似的其它催化轉(zhuǎn)化裝置，例如MTO (甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴)裝置、 HCC(重油直接裂解制烯烴)裝置；還可應用于具有相似要求的其它熱傳遞場所。 本實用新型的翅片管可以作為獨立的傳熱元件使用，例如用于與本實用新型外 取熱器工況類似的換熱器中。而采用本實用新型翅片管的套管式翅片傳熱管， 則可用于上述催化轉(zhuǎn)化裝置的外取熱器或內(nèi)取熱器中，或是用于類似工況的列 管式鍋爐上。
權(quán)利要求1、一種翅片管，由基管(10)和設于基管(10)外表面上、與基管(10)的外表面相垂直并縱向設置的翅片(11)組成，其特征在于翅片(11)的下部為翅基(111)，上部設有2個分翅片(112)，2個分翅片(112)與翅基(111)的上表面構(gòu)成凹槽(113)，翅片(11)的長度L為150～300毫米，在基管(10)的外表面上為雙頭螺旋線對錯布置的型式。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的翅片管，其特征在于翅片(11)的高度H為20 26 毫米，翅基(111)的厚度T為6 8毫米，凹槽(U3)的橫截面形狀為倒置等腰梯形， 其高度h為翅片(ll)高度H的1/2 2/3,底部寬度s為2 3毫米，2個分翅片(112) 之間的夾角o:為10 15度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的翅片管，其特征在于螺旋線的螺旋角/3為60 75度，兩條螺旋線上相鄰兩組翅片的節(jié)距n為20 40毫米，每條螺旋線上相鄰兩 個翅片(ll)之間的距離m為15 20亳米。
4、 一種翅片管外取熱器，包括一個垂直設置的圓筒形殼體(202),殼體(202) 內(nèi)垂直設置有至少一根套管式翅片傳熱管(5)，每一根套管式翅片傳熱管(5)為 封閉式結(jié)構(gòu)，由給水管(1)和繞給水管(1)的外表面設置的蒸汽套管(4)組成，構(gòu) 成一個具有獨立的水一汽回路的傳熱單元，蒸汽套管(4)分為翅片管段和光管 段，其特征在于蒸汽套管(4)的翅片管段為權(quán)利要求1所述的翅片管。
專利摘要本實用新型公開了熱交換技術(shù)領(lǐng)域的一種翅片管以及翅片管外取熱器，以解決現(xiàn)有套管式翅片傳熱管采用縱向長翅片的翅片管外取熱器用于催化轉(zhuǎn)化裝置時所存在的翅片之間的密相催化劑不易流化、翅片產(chǎn)生小裂紋并不斷擴展的問題。翅片管由基管(10)和縱向設置的翅片(11)組成；翅片的下部為翅基(111)，上部設有2個分翅片(112)，2個分翅片與翅基的上表面構(gòu)成凹槽(113)。翅片的長度為150～300毫米，在基管的外表面上為雙頭螺旋線對錯布置的型式。翅片管外取熱器內(nèi)設置的套管式翅片傳熱管，其蒸汽套管的翅片管段采用上述結(jié)構(gòu)的翅片管。本實用新型可用于石油加工行業(yè)的重油流化催化裂化裝置等場合。
文檔編號F28F1/20GK201229141SQ20082007011
公開日2009年4月29日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者唐逢一, 張為華, 麗 李, 郝希仁, 顧月章 申請人:中國石油化工集團公司;中國石化集團洛陽石油化工工程公司